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    淺談基于泛在電力物聯網的綜合能源管控平臺設計及硬件選型
    時間: 2023-05-22 13:28 發布人:admin

       摘要:城區內一般都具有錯綜復雜的能源系統,且大部分能耗都集中于城區的各企、事業單位中?;诜涸陔娏ξ锫摼W的綜合能源管控平臺將城區內從能源產生到能源消耗的整體流動情況采用大屏清晰展示,便于監管部門了解本地區的能源使用情況。利用泛在電力物聯網,將各用電企業的電能數據匯總分析,不僅可以借此分析用電企業的能耗情況,采取對應措施節能降耗,降低運營成本,還可以根據監控數據發現設備故障問題,消除安全隱患。

       關鍵詞:能耗;管控;泛在電力物聯網;數據分析

     

    1、引言

       隨著社會的不斷地飛速發展,我國經濟實現了巨大的騰飛。與此同時,社會生產的能耗也是逐年上升,全球主要大宗能源價格也是逐年上漲,資源對經濟發展的制約作用日益突出,針對企業能耗問題的研究逐漸成為了相關領域研究的重點[1]。人們逐漸認識到了對于能耗監測的重要性,若能實時監測各類建筑能耗,并加以調控,進而優化管理制度和節能措施,切實有效地降低能耗,這對降低企業成本,營造綠色節能環境會有很大的幫助[2]。而社會中整體產業消耗能源時的具體表現形式可歸結為對于電力能源的消耗,因此迫切需  要一種有效的電能監控的系統[3]。

       目前, 大部分地區在能耗管理方面雖已采用智能電表統計分析電能使用情況。但依舊存在能耗數據分析效率低、易出錯、耗時長, 數據分析不夠深入和無法追溯,考核指標不準確等缺點,難以實現對地區各企事業單位能耗的科學統計、有效監測和系統分析[4]。管理者無法依據數據制定合適的決策,隨時了解到地區能耗情況。隨著能源資源的日趨緊張以及能源需求的日益增加, 能源成本在各企事業單位生產成本中所占比例逐步上升[5], 使得各單位不得不從降低經營成本、提高綜合競爭力的角度出發,加強能源管理[6]。為監控和分析生產作業過程中的能耗狀況, 實現地區各單位及總體的能耗趨勢和能源利用水平的分析及監控,提高能源管理水平和降低能源成本。因此,有必要建立地區綜合性能源管控平臺[7]。

       而泛在電力物聯網,就是圍繞電力系統各環節,充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術,實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互,具有狀態全面感知、信息處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統[8]。融合泛在電力物聯網技術打造的綜合能源管控平臺系統,可以實時監控系統內各耗能單位的相關信息。各單位可登錄該系統查看自身能耗及其相關費用情況,據此進行深入分析,結合單位實際情況,制定相應措施節能減排、降低生產成本。而地區管理部門可以實時查看該監控地區下所有用電單位能耗數據,分析本地區能源使用趨勢,守護能源安全,及早進行事件預警。該系統可精準采集用電數據、較大程度上提高能耗數據分析效率、指標分明、異常數據及時追溯,有效提高能源管理水平,降低企業成本。

     

    2、綜合能源管控平臺結構

       本文以溫州市各主要單位的電力能耗為研究對象,對綜合能源管控系統進行了設計與實現。首先從源、網、荷、儲四方面記錄相關企、事業單位信息,借助于地圖平臺整體展示該地區能源流動線路,展示全市能源使用概況,并對整體能耗進行統計展示,便于分析整體能耗趨勢。之后,以該地區223家用電單位為監控對象,以實現對該地區電力能耗科學、有效、自動化監控管理模式。

       該系統基于計算機軟件平臺和電力線通信技術, 搭建多用戶多終端能耗群控平臺,對相關用能單位區域內的各類建筑、公共設施進行節能控制和能耗監測管理,實現能耗數據的分類分項統計和分析處理,同時與能耗監測系統數據中心接軌并上報相關能耗分類分項數據,實現多個企業的能耗分支、分時、分類的計量統計與節能管理,使其具有采集、存儲、處理、統計、查詢和分析能耗數據的功能。該系統主要包括三層結構:數據感知層、業務信息層、決策管理層。

       系統運行過程如下所述:位于數據感知層的智能電表采集用電單位在正常生產活動中所使用電能的各項指標數據,通過通信網絡實時傳輸至位于業務信息層的數據中心存儲;業務信息層會將采集的原始數據經過整合分析后制成相應的數據報表展示在決策管理層中;決策管理層則是直接面向管理人員,管理人員通過決策管理層的能耗管理系統、能耗監控系統、能耗分析系統查看現場采集的數據,并制定相應的決策。

     

    3、系統功能說明與展示

    3.1多能全景監測

       使用戶可以非常直觀、便捷地了解園區每個建筑物(樓層)的實時能源使用情況、設備健康狀態、主要能耗信息,支持用戶開展各類輔助服務。區域監管用戶可在系統決策管理層登錄該系統,分別查看該監控區域內源、網、儲、荷情況,包括光伏能源供應、二氧化碳的減排量、市電容量、光伏容量、天然氣供應量,以展示該系統內能量流動方向。該部分可整體展示當年數據及預期計劃。展示能源總量包括該地區能源消費總量、當前地區用電量及用水量在用戶展示平臺可觀察監測的客戶數量、配電房數量、變壓器容量、監測點數、監測類型、近30天用電情況統計、告警情況等實時運行狀態,將光標放到監測點上即可查詢被監測站點的名稱、變電容量、當前負荷、配電房數量、告警等信息。

    3.2能源駕駛艙

       該部分可允許平臺監管人員或監控單位人員登錄查看。按照不同用電單位,展示包含多個指標量的用電信息視圖,包括本月電量、本月需量、本月電量結構、功率因素、一鍵體檢。主要展示當月的累計電量、當月及上月的每日電量使用情況對比、今日與昨日的各時段用電功率對比。其中展示電能使用數據對比圖及相關電量使用的特點統計、各用電單位電能使用總量數據以及不同時間的電量使用情況。在統計了本月每一天的電量使用情況的同時與上月每一天進行對比;將今日的各時段的電能功率因素與昨日相對比;各用電單位不同回路用電占比進行比較分析。

    3.3告警監測

       根據用戶設置的告警規則,對實時采集的數據進行判斷告警,展示該監控區域內用電客戶線路中的告警事件。用戶可根據設置不同的站點、配電房、設備類型、告警級別、告警發生時間,查詢并顯示不同狀態類型(未處理或已處理)情況下配電房設備的告警結果??蔀楦婢Y果添加備注或對告警結果進行處理。頁面右側顯示告警規則及數據導出功能,用戶可點擊查看內容。

    3.4實時監測

       每個用電單位的能源系統中都安裝了智能電表,該系統將智能電表所檢測到的主要運行參數實時傳回系統后臺,后臺將該數據與設備關聯,為監管部門建立包括多個公用能源系統和設備的模型。監控參數主要包括變壓器的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電度示值、線電壓、相電壓、電流、諧波電壓、諧波電流及需量等。用戶可通過設置不同的站點、配電房、變壓器設備、選擇時間,可查詢任意時間段內數據變化曲線。

    3.5量費特性概覽

       查看各用電單位的總用電量及電費信息,反應日、月、年用電量及電費趨勢、用電結構組成。通過設置站點名稱、計費點,查詢該站點當期用電量顯示及組成、當期電費及組成,顯示當前計費點的報裝信息維護。通過選擇時間,查詢并顯示電量電費趨勢。顯示該時間段內用電量和電度電費。該部分還可針對電費結構進行多維度分析主要包括;度電單價分析、基本電費分析、電度電費分析、力調電費分析,并分別繪制相應曲線圖。

    3.6電能質量監測

       電能質量指標主要包括電壓偏差、功率因數、諧波電壓,通過設定合理值規則,將實時監測值與設置值對比,記錄異常數據。系統管理員登錄后可查詢全部站點或單個站點近一年內存在電能質量問題的監測點數量,而當一般用電單位登錄該系統時只可查看該用電單位的以往數據。通過設置電壓偏差、功率因數、諧波電壓或全部指標,也能查詢存在電能質量問題的配電房信息。

       透過上述參數,該監控系統完全展示各用電單位電能質量變化趨勢,統籌把握電能質量情況。更進一步,對于電壓偏差數據,將記錄電壓合格率、電壓越上限時間、電壓越下限時間統計結果;對于功率因數數據,將記錄實時功率因數和無功功率的監測結果;對于諧波電壓數據,將記錄最大A相電壓總畸變率、最大B相電壓總畸變率、最大C相電壓總畸變率。

    3.7系統頁面展示

       本文所提綜合能源管控平臺是基于泛在電力物聯網技術的數據展示平臺,由智能電表采集現場數據后,采用大數據技術進行分層展示。該平臺Web前端展示部分采用Django框架,后端使用python3.6編程語言編寫而成。主要功能頁面展示如下文所示:

       多能全景監測頁面是基于GIS的能源全景概覽,可以監控該區域內多種能源流動及用電單位用電情況。并對該地區相關的能耗結構及能耗總量進行展示,顯示整體統計數據,便于管理人員了解當地能源使用概況。

       能源駕駛艙則是針對每一個具體用電單位用電信息進行深入分析,除展示其用電總量外還對其用電結構進行分析,針對每月用電量及每日用電功率波動情況進行環比分析。

       告警監測頁面則是展示監控區域內電能質量告警事件詳細信息,智能電表監控的數據經后臺算法分析出現異常后,會及時發出告警信號,并將出現異常的地點、設備名稱及異常內容等詳細信息。

       實時監測部分可實時查詢某一站點的智能電表從現場發回的電能質量數據,可選擇查看有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、線電壓、相電壓、諧波電壓等電能質量參數數據描繪的趨勢圖,更直觀的發現該用電站點的電能供應質量。

       量費特性概覽則是展示某一用電單位的所用電量及因此產生的電費數據。此頁面可觀察到任意監控站點的電量電費數據

     

    4、安科瑞Acrel-EIOT能源物聯網平臺概述

               Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺,建立統一的上下行數據標準,為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。 用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器,選配網關,自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

       該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能,并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。

     

    5、應用場所

       本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。

     

    6、組網結構

     

     

    7、平臺功能

    7.1   可定制駕駛艙

       可定制化的駕駛艙:可根據客戶的行業特性,行業需求,經過培訓的工程或調試人員自行繪制客戶所需的駕駛艙頁面。

       例如下圖所示的智慧物業駕駛艙,內容有:預付費、充電樁、電梯、空調、照明等設備管理、能耗統計、收益統計、運維情況等。其中百度地圖可以選配成BIM建筑模型,任何傳感器報警時可以在BIM模型中預警顯示。

      

    7.2   電力集抄

       電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示,以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制,對系統進行綜合檢測和統一管理;在數據資源管理方面,可以顯示或查詢供配電室內各設 備運行(包括歷史和實時參數,并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印,提高工作效率,節約人力資源。

     

    變壓器監控

     

    配電圖

    7.3   能耗分析

       能耗分析模塊采用自動化、信息化技術,實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動 化、科學化管理,使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來,運用數據處理與分析技術,進行離線生產分析 與管理,實現全廠能源系統的統一調度,優化能源介質平衡、有效利用能源,提高能源質量、降低能源消耗,達到節能降耗和提 升整體能源管理水平的目的。

     

     能耗概況

    7.4預付費管理

    1)登陸管理:管理操作員賬戶及權限分配,查看系統日志等功能;

    2)系統配置:對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置;

    3)用戶管理:對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作;

    4)售電管理:對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作;

    5)售水管理:對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作;

    6)報表中心:提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢,本系統所有的報表及記錄查詢,都支持excel格式導出。

     預付費看板

    7.5 充電樁管理

       通過物聯網技術,對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控,同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

     

     充電樁看板

    7.6   智能照明

       智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測,也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等,降低路燈設施的維護難度和成本,提升管理水平,并達到一定節能減掛的效果。

     

     照明實時監控

    7.7 安全用電

       安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器,對引發電氣火災的主要因素(導線溫度、電流和剩余電流)進行不間斷的數據跟蹤與統計分析,并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員,指導企業實現快速時間的排查和治理,達到消除潛在電氣火災安全隱患,實現“防患于未然”的目的。

     

    7.8 智慧消防

       通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析,幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。填補了原先針對“九小場所”和?;飞a企業無法有效監控的空白,適應于所有公建和民建,實現了無人化值守智慧消防,實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

     

     智慧消防看板

     

    {C}8、{C}{C}{C}{C}{C}系統硬件配置

     

     

    結語:

       經實踐運行,本文所提出的綜合能源管控平臺系統將能耗監管成功應用在地區用電平臺上,利用網頁端搭建的數據后臺展示平臺,實現對各用電單位內的總能耗、總電量、分戶、分類、分項等能耗數據進行統計分析和對建所有電能指數進行橫向、縱向對比分析,以及提供報表生成打印功能。繼而在采集大量實時數據的基礎之上開展更深層次的耗能分析工作,探究更深層次的能源消費規律。該系統實現了集監測、控制、管理為一體的目標,使得地區監管單位更加有效的調節能源供需平衡,各用電單位更可直觀了解本單位能耗趨勢及其存在的問題,以便進一步采取節能措施降低企業運營成本。尤其針對本地區大型大型工廠、企業等用電單位來說,此類用電客戶節能潛力大,是國家節能減排政策的重點關注對象。該管控平臺為政府及相關部門提供了更為科學的數據依據,對宏觀的政策、法律法規的制訂具有一定的參考價值。

    參考文獻:

    [1]聞欣,洪海明,張拓,杭琳.大型公共建筑能耗監控系統信息化管理技術研究[J].設備管理與維修,2019(21):26-29.

    [2]王紹荃,基于泛在電力物聯網的綜合能源管控平臺.

    [3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05

    作者簡介:

    王琪,男,現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司,主要研究方向為能源物聯網云平臺領域。

     

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